專利名稱：一種制作氮化鎵基場效應晶體管的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及寬禁帶半導體材料中場效應晶體管(FET)技術(shù)領(lǐng)域， 尤其涉及一種制作氮化鎵(GaN)基場效應晶體管的方法。
背景技術(shù)：
GaN作為第三代寬禁帶半導體材料，以其禁帶寬度大(3.4eV)、 擊穿電壓高G.3MV/cm)、 二維電子氣濃度高(〉1013cm2)、飽和電子 速度大(2.8X107cm/s)等特性在國際上受到廣泛關(guān)注。目前， AlGaN/GaNHEMT器件的高頻、高壓、高溫以及大功率特性使之在微
波功率器件方面有著巨大的前景。
對于常規(guī)的用于X波段的GaN HEMT器件，通常的工藝步驟為 步驟1、電子束直寫光刻或者普通光學光刻，形成電子束對準標記，
蒸發(fā)標記金屬；
步驟2、電子束直寫或者直接普通光學光刻源漏圖形，并蒸發(fā)源漏 金屬；
步驟3、高溫退火，使源漏金屬與襯底材料形成良好的歐姆接觸； 步驟4、有源區(qū)隔離；
步驟5、電子束直寫制作柵線條，蒸發(fā)柵金屬；； 步驟6、 PECVD淀積氮化硅鈍化； 步驟7、金屬布線。
雖然鋁鎵氮/氮化鎵(AlGaN/GaN) HEMT器件的性能近年來得到 了長足的進展，尤其在高頻大功率方面。但是電流崩塌效應仍然是 AlGaN/GaN HEMTs進一步發(fā)展的瓶頸問題。
研究發(fā)現(xiàn)，電流崩塌效應與AlGaN的表面態(tài)和表面原始氧化層有 密切的關(guān)系。柵極和漏極之間的表面態(tài)俘獲電子形成虛柵，是引起電 流崩塌效應的主要機理。由于材料生長的限制以及AlGaN表面裸露情況，AlGaN表面的表面態(tài)問題和表面原始氧化層問題，在理論上和實 踐過程中一直都沒有得到有效的改善和抑制，這嚴重影響了 GaN基 HEMT的功率特性和可靠性，成為向?qū)嵱没~進的桎梏。
目前，采用SiN對AlGaN表面鈍化是抑制電流崩塌的一種主要方 法。然而目前常規(guī)的鈍化方法存在三個嚴重的問題
1、 氮化硅鈍化工藝都在蒸發(fā)柵金屬之后完成，而在之前的工藝步 驟中，AlGaN表面一直裸露空氣中，可能會導致表面AlGaN會進一步 被氧化，AlGaN表面態(tài)密度增大；
2、 氮化硅鈍化并沒有消除或降低AlGaN表面存在表面態(tài)和表面 原始氧化層，PECVD淀積氮化硅鈍化，在AlGaN和氮化硅界面存在 的表面態(tài)和原始氧化層，使得依然存在一定程度的電流崩塌效應；
3、 高溫退火過程中，裸露的AlGaN表面，容易受到外界的碳元 素和氧元素的污染，惡化AlGaN/GaNHEMTs的電流崩塌效應。

發(fā)明內(nèi)容
(一) 要解決的技術(shù)問題
有鑒于此，本發(fā)明的一個目的在于為GaN基場效應管提供一種表 面處理方法，以解決AlGaN的表面原始氧化層，消除表面氧化層誘生 的AlGaN表面態(tài)。
本發(fā)明的另一個目的在于提供一種GaN基場效應管的制作方法， 以解決AlGaN表面長期裸露在空氣中受到碳和氧等引起的AlGaN表面 污染，以及AlGaN表面態(tài)密度增大的問題，從而有效地抑制AlGaN/GaN HEMT電流崩塌效應。
(二) 技術(shù)方案
為達到上述目的，本發(fā)明提供了一種制作氮化鎵基場效應晶體管 的方法，該方法包括
A、 對氮化鎵基材料層進行表面處理，淀積二氧化硅保護層；
B、 進行光刻形成光刻對準標記，干法刻蝕二氧化硅保護層，蒸發(fā) 標記金屬；C、 參照所述對準標記，進行光刻形成源漏圖形，干法刻蝕二氧化 硅保護層，蒸發(fā)源漏金屬；
D、 高溫退火合金，使源漏金屬與氮化鎵基材料層形成良好的歐姆
接觸；
E、 進行光刻形成屏蔽有源區(qū)圖形，并離子注入形成有源區(qū)隔離；
F、 濕法腐蝕二氧化硅保護層；
G、 在腐蝕了二氧化硅保護層的GaN基材料表面淀積氮化硅，對 場效應管進行鈍化；
H、 電子束直寫或光學光刻制作柵線條，干法刻蝕氮化硅和頂層的 氮化鎵基材料層形成柵槽結(jié)構(gòu)，蒸發(fā)柵金屬，并金屬布線。
上述方案中，步驟A中所述對氮化鎵基材料層進行表面處理包括 分別利用丙酮、異丙醇、鹽酸與氫氟酸混合處理溶液對氮化鎵基材料 層進行表面處理，所述丙酮處理時間為5分鐘至10分鐘，異丙醇處理 處理時間為5分鐘至IO分鐘，鹽酸與氫氟酸混合溶液處理時間為1分 鐘至2分鐘，處理溫度為室溫條件，處理容器為密閉容器。
上述方案中，所述鹽酸與氫氟酸混合處理溶液的體積配比為氫氟 酸一份、鹽酸四份、水二十份。
上述方案中，步驟A中所述淀積二氧化硅保護層采用PECVD方 法進行，所述淀積的二氧化硅保護層的厚度為3000 A。
上述方案中，步驟B、步驟C和步驟E中所述光刻為普通光學光 刻；所述的干法刻蝕采用電感耦合等離子體干法刻蝕。
上述方案中，步驟D中所述高溫退火條件為退火溫度為750至 90(TC，退火時間為30秒至75秒。
上述方案中，步驟E中所述離子注入時注入的粒子為氦離子。
上述方案中，步驟F中所述濕法腐蝕二氧化硅保護層時，腐蝕溶
液采用醋酸氟化氨水體積比為1: 1: 1，腐蝕時間為3分鐘至5 分鐘。
上述方案中，步驟G中所述淀積的氮化硅的厚度為IOOOA至 1500A。
上述方案中，步驟H中所述柵線條尺寸為0.1pm至l)im，所述干
6法刻蝕采用電感耦合等離子體干法刻蝕。
(三)有益效果 從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果
1、 本發(fā)明提供的這種應用于氮化鎵基材料的制作方法，采用
HF:HCl:H2O=l:4:20的混合處理溶液對氮化鎵基材料表面進行處理，腐 蝕表面原始氧化層，消除由于氧化層引起的表面態(tài)，減小了氮化鎵基 材料表面態(tài)密度，有效的解決了氮化鎵基材料表面態(tài)存在引起的 AlGaN/GaNHEMTs電流崩塌效應。
2、 本發(fā)明提供的這種應用于氮化鎵基材料的制作方法，在進行表 面處理之后，所有工藝之前率先淀積二氧化硅，利用二氧化硅對氮化 鎵基材料表面進行保護，在工藝過程中避免氮化鎵基材料表面裸露在 空氣中，有效的防止了氮化鎵基材料表面在工藝過程中被氧化，抑制 了氮化鎵基材料表面態(tài)密度的增加。
3、 本發(fā)明提供的這種應用于氮化鎵基材料的制作方法，在所有工 藝之前率先淀積二氧化硅鈍化氮化鎵基材料表面，高溫退火過程中， 二氧化硅避免氮化鎵基材料表面裸露在高溫腔體中，有效地避免了高 溫退火過程中碳元素和氧元素對氮化鎵基材料的污染，有效地抑制了 AlGaN/GaN HEMTs的電流崩塌效應。
4、 利用本發(fā)明，有效地去除表面臟污，腐蝕表面原始氧化層，消 除由于氧化層引起的表面態(tài)，減小了氮化鎵基材料表面態(tài)密度，淀積 二氧化硅保護層避免了氮化鎵基材料表面裸露在空氣中，防止了氮化 鎵基材料表面在工藝過程中被氧化，有效地回避了高溫退火過程中碳 元素和氧元素對氮化鎵基材料的污染。


圖1是本發(fā)明提供的制作氮化鎵基場效應晶體管的方法流程圖； 圖2-1至圖2-7是依照本發(fā)明實施例制作GaN基場效應晶體管的 工藝流程圖。
具體實施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具 體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。
本發(fā)明的核心思想是采用丙酮、異丙醇、鹽酸和氫氟酸混合處 理溶液對氮化鎵基材料進行表面處理，去除表面臟污，腐蝕表面原始 氧化層，消除由于氧化層引起的表面態(tài)，減小了氮化鎵基材料表面態(tài) 密度，并在進行HEMT制造工藝之前，率先采用PECVD在氮化鎵基 材料淀積二氧化硅，保護氮化鎵基材料表面，避免氮化鎵基材料表面 裸露在空氣中，防止了氮化鎵基材料表面在工藝過程中被氧化，避免 高溫退火過程中碳元素和氧元素對氮化鎵基材料的污染。在進行表面 處理和淀積二氧化硅保護層之后，再采用常規(guī)方法進行后續(xù)工藝。
如圖1所示，圖1是本發(fā)明提供的制作氮化鎵基場效應晶體管的 方法流程圖，該方法包括如下步驟
步驟101:對氮化鎵基材料層進行表面處理，淀積二氧化硅保護層；
步驟102:進行光刻形成光刻對準標記，干法刻蝕二氧化硅保護層， 蒸發(fā)標記金屬；
步驟103:參照所述對準標記，進行光刻形成源漏圖形，干法刻蝕 二氧化硅保護層，蒸發(fā)源漏金屬；
步驟104:高溫退火合金，使源漏金屬與氮化鎵基材料層形成良好 的歐姆接觸；
步驟105:進行光刻形成屏蔽有源區(qū)圖形，并離子注入形成有源區(qū) 隔離；
步驟106:濕法腐蝕二氧化硅保護層；
步驟107:在腐蝕了二氧化硅保護層的GaN基材料表面淀積氮化 硅，對場效應管進行鈍化；
步驟108:電子束直寫或光學光刻制作柵線條，干法刻蝕氮化硅和 頂層的氮化鎵基材料層形成柵槽結(jié)構(gòu)，蒸發(fā)柵金屬，并金屬布線。
上述步驟101中所述對氮化鎵基材料層進行表面處理包括分別 利用丙酮、異丙醇、鹽酸與氫氟酸混合處理溶液對氮化鎵基材料層進 行表面處理，所述丙酮處理時間為5分鐘至IO分鐘，異丙醇處理處理時間為5分鐘至10分鐘，鹽酸與氫氟酸混合溶液處理時間為1分鐘至 2分鐘，處理溫度為室溫條件，處理容器為密閉容器。所述鹽酸與氫氟 酸混合處理溶液的體積配比為氫氟酸一份、鹽酸四份、水二十份(即
HF:HCl:H2O=l:4:20)。步驟101中所述對氮化鎵基材料層進行表面處 理方式，解決了 AlGaN的表面原始氧化層，消除了表面氧化層誘生的 AlGaN表面態(tài)。
上述步驟101中所述淀積二氧化硅保護層采用PECVD方法進行， 所述淀積的二氧化硅保護層的厚度為3000 A。
上述步驟102、步驟103和步驟104中所述光刻為普通光學光刻； 所述的干法刻蝕采用電感耦合等離子體干法刻蝕。
上述步驟104中所述高溫退火條件為退火溫度為750至900°C, 退火時間為30秒至75秒。該高溫退火方式解決了退火過程中裸露的 AlGaN表面受到腔體中碳元素和氧元素的污染。
上述步驟105中所述離子注入時注入的粒子為氦離子。
上述步驟106中所述濕法腐蝕二氧化硅保護層時，腐蝕溶液采用
醋酸氟化氨水體積比為h 1: 1，腐蝕時間為3分鐘至5分鐘。
上述步驟107中所述淀積的氮化硅的厚度為1000A至1500A。 上述步驟108中所述柵線條尺寸為O.lpm至lpm，所述干法刻蝕 采用電感耦合等離子體干法刻蝕。
基于圖1所述的制作氮化鎵基場效應晶體管的方法流程圖，圖2-1 至圖2-7示出了依照本發(fā)明實施例制作GaN基場效應晶體管的工藝流 程圖，該方法具體包括
如圖2-l所示，室溫條件下，利用丙酮、異丙醇、混合處理溶液在 密閉容器中對氮化鎵基材料進行表面處理，PECVD淀積厚度為3000A 的二氧化硅，完全覆蓋氮化鎵基材料表面；
如圖2-2所示，釆用光刻的方法進行光刻，形成光刻對準標記，電 感耦合等離子體干法刻蝕二氧化硅，蒸發(fā)Ti/Au標記金屬。
如圖2-3所示，采用光刻的方法進行光刻，形成源漏圖形，電感耦 合等離子體干法刻蝕二氧化硅，并蒸發(fā)Ti/Al/Ti/Au源漏金屬，高溫750
9至90(TC條件下退火合金，退火時間為30秒至75秒，使源漏金屬與氮 化鎵基襯底材料形成良好的歐姆接觸；
如圖2-4所示，采用光刻的方法進行光刻，形成屏蔽有源區(qū)圖形， 電感耦合等離子體干法刻蝕二氧化硅，離子注入形成有源區(qū)隔離，注 入粒子為氦離子；
如圖2-5所示，采用醋酸氟化氨水=1: 1: 1 (體積比)的腐蝕
溶液，濕法腐蝕二氧化硅，腐蝕時間為3分鐘至5分鐘，確保二氧化
硅完全腐蝕干凈。
如圖2-6所示，PECVD淀積氮化硅，厚度為IOOOA至1200A，對
氮化鎵及場效應管進行鈍化。
如圖2-7所示，電子束直寫或光學光刻制作柵線條，電感耦合等 離子體干法刻蝕氮化硅和頂層的氮化鎵基外延材料形成柵槽結(jié)構(gòu)，氮 化鎵基外延材料的刻蝕氣源為含C1基的氣體，蒸發(fā)柵金屬，形成高性 能場效應管。
以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果 進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體 實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)， 所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍 之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種制作氮化鎵基場效應晶體管的方法，其特征在于，該方法包括A、對氮化鎵基材料層進行表面處理，淀積二氧化硅保護層；B、進行光刻形成光刻對準標記，干法刻蝕二氧化硅保護層，蒸發(fā)標記金屬；C、參照所述對準標記，進行光刻形成源漏圖形，干法刻蝕二氧化硅保護層，蒸發(fā)源漏金屬；D、高溫退火合金，使源漏金屬與氮化鎵基材料層形成良好的歐姆接觸；E、進行光刻形成屏蔽有源區(qū)圖形，并離子注入形成有源區(qū)隔離；F、濕法腐蝕二氧化硅保護層；G、在腐蝕了二氧化硅保護層的GaN基材料表面淀積氮化硅，對場效應管進行鈍化；H、電子束直寫或光學光刻制作柵線條，干法刻蝕氮化硅和頂層的氮化鎵基材料層形成柵槽結(jié)構(gòu)，蒸發(fā)柵金屬，并金屬布線。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作氮化鎵基場效應晶體管的方法，其 特征在于，步驟A中所述對氮化鎵基材料層進行表面處理包括分別利用丙酮、異丙醇、鹽酸與氫氟酸混合處理溶液對氮化鎵基 材料層進行表面處理，所述丙酮處理時間為5分鐘至10分鐘，異丙醇 處理處理時間為5分鐘至10分鐘，鹽酸與氫氟酸混合溶液處理時間為 l分鐘至2分鐘，處理溫度為室溫條件，處理容器為密閉容器。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的制作氮化鎵基場效應晶體管的方法，其 特征在于，所述鹽酸與氫氟酸混合處理溶液的體積配比為氫氟酸一份、 鹽酸四份、水二十份。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作氮化鎵基場效應晶體管的方法，其 特征在于，步驟A中所述淀積二氧化硅保護層采用PECVD方法進行， 所述淀積的二氧化硅保護層的厚度為3000 A。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作氮化鎵基場效應晶體管的方法，其特征在于，步驟B、步驟C和步驟E中所述光刻為普通光學光刻；所 述的干法刻蝕采用電感耦合等離子體干法刻蝕。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作氮化鎵基場效應晶體管的方法，其特征在于，步驟D中所述高溫退火條件為退火溫度為750至卯(TC， 退火時間為30秒至75秒。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作氮化鎵基場效應晶體管的方法，其 特征在于，步驟E中所述離子注入時注入的粒子為氦離子。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作氮化鎵基場效應晶體管的方法，其 特征在于，步驟F中所述濕法腐蝕二氧化硅保護層時，腐蝕溶液采用醋酸氟化氨水體積比為l: 1: 1，腐蝕時間為3分鐘至5分鐘。
9、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的制作氮化鎵基場效應晶體管的方法，其 特征在于，步驟G中所述淀積的氮化硅的厚度為IOOOA至1500A。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作氮化鎵基場效應晶體管的方法， 其特征在于，步驟H中所述柵線條尺寸為0.1pm至ljam，所述干法刻 蝕采用電感耦合等離子體干法刻蝕。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制作GaN基場效應晶體管的方法，包括對GaN基材料層進行表面處理，淀積二氧化硅保護層；光刻形成光刻對準標記，干法刻蝕二氧化硅保護層，蒸發(fā)標記金屬；光刻形成源漏圖形，干法刻蝕二氧化硅保護層，蒸發(fā)源漏金屬；高溫退火合金；光刻形成屏蔽有源區(qū)圖形，離子注入形成有源區(qū)隔離；濕法腐蝕二氧化硅保護層；在GaN基材料表面淀積氮化硅，對場效應管進行鈍化；電子束直寫或光學光刻制作柵線條，干法刻蝕氮化硅和頂層的GaN基材料層形成柵槽結(jié)構(gòu)，蒸發(fā)柵金屬，金屬布線。本發(fā)明避免了GaN基材料表面裸露在空氣中，防止了GaN基材料表面在制作工藝過程中被污染，抑制了AlGaN/GaN HEMTs的電流崩塌效應。
文檔編號H01L21/335GK101459080SQ20071017935
公開日2009年6月17日 申請日期2007年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月12日
發(fā)明者鍵 劉, 劉新宇, 劉果果, 和致經(jīng), 李誠瞻, 鄭英奎, 珂 魏 申請人:中國科學院微電子研究所